Геологоразведка от А до Я

Для акваторий и транзитных зон – электромагнитные импульсные источники

Значительная часть перспективных на нефть и газ участков суши и шельфа до сих пор остаются практически не изученными. Это так называемые транзитные зоны: побережье речных и морских акваторий, дельты и русла рек, болота, топкие низины, мангровые леса, рифы, грязевые поля (соры). В таких местах проведение сейсморазведочных работ со взрывными и традиционными пневматическими источниками в большинстве случаев невозможно – либо по экологическим соображениям, которые не оставляют места взрывной сейсморазведке, либо из-за того, что технические параметры невзрывных источников не позволяют работать на мелководье. Применение электромагнитных импульсных источников сейсмических волн позволит закрыть «белые пятна» в изученности транзитных зон геолого- геофизическими исследованиями.

В России площади прибрежных, мелководных и заболоченных зон в перспективных нефтегазоносных районах весьма обширны. К ним относятся акватории крупных рек – Оби, Енисея, Лены, впадающих в моря Северного Ледовитого океана, шельфовые зоны этих морей, часть шельфов и транзитные зоны Камчатки, Сахалина, Черного и Каспийского морей. Переходная зона между сушей и водой наиболее сложна для проведения сейсморазведочных работ из-за малых (0—5 м) глубин. Кроме того, прибрежная часть суши обычно характеризуется сложными геоморфологическими условиями: рельеф чаще всего пологий, берега представляют собой широкие илистые отмели и заболоченные участки. Из-за отсутствия специализированного источника сейсмических волн с малой осадкой зона перехода от мелководья (изобата 5 м) на «твердую» сушу до сих пор изучена фрагментарно даже на уровне выполнения региональных геолого-геофизических работ. Работы же регионально-поискового этапа с выявлением перспективных на углеводородные залежи объектов здесь проводились в исключительно редких случаях.

В последние годы наметился путь решения обозначенной проблемы – это технология плавучих электромагнитных импульсных источников сейсмических волн.

Технология электромагнитного импульса

Еще в начале 1980-х годов в ПГО «Енисейгеофизика» была разработана новая невзрывная технология генерации сейсмических волн. В создании импульсных электромагнитных источников участвовали специалисты передовых предприятий и институтов СССР, а для производства уникальной техники был построен опытный завод на юге Красноярского края в г. Минусинске.

В основу технологии источников были положены те же принципы, которые используются для ускорения заряженных частиц, применяются в устройствах электроимпульсной штамповки, составляют концепцию электромагнитных пушек и т. п. Иными словами, в создании ударного импульса, рождающеего сейсмическое колебание, участвуют силы, возникающие в обмотке электромагнита при мгновенном разряде мощного конденсатора через его контур.

Разработанный прибор «Енисей» – это невзрывной поверхностный импульсный источник сейсмических волн с силовым электромагнитным приводом, содержащим один или несколько синхронно работающих короткоходовых электромагнитов и автономную систему питания, состоящую из емкостного накопителя энергии и устройства для ее заряда и разряда. Технология продемонстрировала ряд важных преимуществ. Во-первых, электромагнитный привод позволяет точно локализовать момент передачи в грунт сейсмической волны, а также облегчает синхронизацию нескольких импульсных источ-ников. Во-вторых, параметры импульсного механического воздействия на грунт согласованы со скоростью его деформации, что обеспечивает создание таких механических напряжений в грунте, при которых тот проявляет в основном свои упругие свойства. Эти скорости для грунтов с различными реологическими свойствами обычно не превышают 1-1,5 м/с. Примерно такие же скорости деформации грунта обеспечиваются и сейсмическими вибраторами, а вот известные импульсные сейсмоисточники – газодинамические, а также типа «падающий груз»– воздействуют на грунт со скоростями, в 10 и более раз превышающими скорость упругих деформаций. Это несоответствие скоростей приводит к низкому коэффициенту преобразования энергии воздействия на грунт в энергию его упругих деформаций и, как следствие, к энергетической неэффективности сейсмоисточника (большая часть энергии уходит на разрушение грунта) и большим проблемам при синхронизации группы источников.

Таким образом, российским ученым и инженерам удалось создать принципиально новый класс невзрывных импульсных источников сейсмических волн. «Енисейгеофизика» освоило их производство в колесном и санном вариантах, они стали широко использоваться в отечественной сейсморазведке, особенно в Восточной Сибири, где рельеф и поверхностные геологические условия не всегда позволяли применять как вибрационную, так и взрывную технологию сейсморазведки. К настоящему моменту геофизическими организациями России с использованием электромагнитных источников «Енисей» отработано более 100 тыс. пог. км сейсмических профилей.

Сейсмоисточник водного базирования

Идея о возможном применении в транзитных зонах технологии электромагнитных импульсов основа на на практике использования санной модификации источников «Енисей-СЭМ». Обычно короткоходовые электромагниты в этом случае монтируются внутри двух широких плоских полозьев, которые опираются на грунт со снежным покровом и служат антенной, передающей во внешнюю среду упругое колебание. Поскольку вода является слабосжимаемой средой, аналогичным образом процесс будет протекать и в том случае, если электромагнитный импульс будет воздействовать на поверхность воды. Таким образом, родилась идея создания источника в виде катамарана, который буксируется или же продвигается своим ходом по транзитному мелководью.

В начале 2000-х годов на опытном производстве «Енисейгеофизика» был создан сначала макет, а потом опытный образец импульсного источника для работы в транзитных зонах – «Енисей ВЭМ-100». А летом 2004 года на Красноярском водохранилище были проведены сравнительные испытания водного источника «Енисей ВЭМ-100» и пневматических излучателей «Пульс-6». Сейсмические материалы, полученные с использованием электромагнитного источника и традиционным способом, были сопоставимы и давали при обработке идентичные временные разрезы. Осенью 2004 года «Хантымансийскгеофизика» провела сравнительные испытания импульсного источника по фарватеру р. Иртыш, примерно в 50 м от кромки берега. Возбуждения осуществлялись двумя источниками, при количестве накоплений – 16, диапазоне удалений пунктов возбуждения (ПВ) – пунктов приема (ПП) – 0–2100 м.

Летом 2008 года сибирские геофизики перешли от испытаний к практическому использованию плавучих электромагнитных импульсных источников. «Богучанская геофизическая экспедиция» успешно провела по заказу крупной компании-недропользователя производственные работы по фарватеру р. Ангара (рис. 1).

Конструктивная эволюция

Первый сезон производственного применения плавучих электромагнитных источников позволил наметить ряд конструктивных улучшений. Оказалось, что целесообразно в два раза уменьшить массу пригруза, движение которого создает сейсмический импульс, и одновременно сдвоить в ряд пару одинаковых источников – так уменьшается осадка, повышается надежность поплавков, а сила удара не меняется. В результате этих доработок появилась модификация «Енисей ВЭМ-50», в которой шесть источников, сдвоенных попарно и соединенных последовательно, образовали группу источников (рис. 2). В 2009 году «Богучанская геофизическая экспедиция» успешно отработала речные профили по рекам Чуна и Бирюса в бассейне реки Ангара. Гидрографическая характеристика таких малых рек не мешала ведению производственных работ – преодолевая мели и пороги, группа источников отработала по этим рекам 270 пог. км.

В результате речных работ по рекам Чуна и Бирюса изучена центральная часть Присаяно-Енисейской синеклизы вплоть до рифейских отложений. Сопоставление данных речных работ с результатами наземной сейсморазведки, проведенной ранее в этом районе, по характеру записи показывает хорошую сходимость временных разрезов и даже в некоторой степени выигрывает из-за меньшего фона кратных волн на уровне рифейских отложений (рис. 3).

Технология речных работ

Приемная линия геофонов с шагом 50 м располагалась по берегу вдоль уреза воды. Возбуждение производилось группой из шести источников, которые транспортировались катером на расстоянии 20–50 м от уреза воды при средней глубине реки 4–5 м, максимальные отметки глубин достигали 12–15 м (рис. 4). Одиночные воздействия группы источников выполнялись в движении через 4–5 м. В этом случае на базе 50 м получалось 10–12 одиночных воздействий, которые регистрировались как отдельные физические наблюдения. При этом преимущественная кратность составляла 1500 и более.

Навигационно-геодезическое обеспечение сейсморазведки осуществлялось с помощью аппаратуры спутниковых радионавигационных систем МРК-32. Для формирования дифференциальных поправок, с целью реализации дифференциального режима определения места ПВ на берегу располагалась аппаратура контрольно-корректирующей станции. Навигационная аппаратура МРК-32 представляет собой 16-канальный навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS с угломерным каналом. Это позволяет помимо определения координат и скорости движения катера определять параметры угловой ориентации антенной системы, состоящей из трех пространственно разнеесенных антенн. Использование информации об ориентации антенной системы обеспечивает пересчет координат места расположения антенн к заданной точке, соответствующей месту расположения центра группы невзрывных импульсных источников.

Перспективы развития технологии

В мире проводятся масштабные сейсморазведочные исследования в акваториях. В зоне этих работ могут быть выделены значительные участки, где использование плавучих электромагнитных импульсных источников окажется весьма эффективным. Поэтому следующим этапом развития инновации будет проведение НИОКР, направленных на адаптацию электромагнитных импульсных источников для морской сейсморазведки. Российские и иностранные компании разворачивают такие работы как в теплых морях, так и на арктическом шельфе, проводят геофизические исследования вдоль побережья Сахалина, на мелководье Каспийского моря – все это создает новые возможности для конструкторских разработок.

Источник: журнал «Нефтесервис», № 2 (10) лето 2010

Возврат к списку